數學幫我們打電話

　　電話早已成為我們生活中不可或缺的一部分，每當我們拿起電話聽筒打電話或發傳真時，我們就進入了非常復雜的巨大網絡。覆蓋全球的通信網是驚人的。很難想象每天有多少次電話在這網絡上打來打去。一個系統被不同國家和水域“分割”，那它是如何運行的呢?每一次電話又是如何通向不同的城市、不同的國家的呢?
　　在早期電話史上，打電話的人拿起電話聽筒，搖動曲柄，與接線員聯系。一位本地接線員的聲音從本地交換臺來到線上，說“請報號碼”，然后他把你同你試圖通話的對方連接起來。如今，這一過程由于有數學的幫助而迅速發展。包含著線性規劃的各種復雜類型，以及有關的二進制和二進編碼的數學，已脫離了潛在的不穩固地位而成為有意義的東西。
　　聲音信息是如何通過電話行進的呢？原來聲音產生聲波，在聽筒中轉換成電信號。如今，這些電脈沖可以用許多不同的方法傳遞和轉換。它們可以變成激光信號，然后沿光纖電纜傳遞；它們可以轉換成無線電信號，然后利用無線電或微波線路在一個國家內從一座塔傳送到另一座塔：或者它們可以仍舊作為電信號沿著電話線傳送。在美國，大部分電話都是由自動交換系統接通的。現在電子交換系統是最快的。該系統C1oxKMlS57Xifr8MHetSrqgMO6i62NXbXsVfxpkQwCI=有一個程序，這程序包含電話運行的所有方面所需的信息，并且時刻在了解哪些電話正在使用，哪些通道是可用的。通話可以由不同頻率的電流傳送，或轉換成數字信號。這兩種方法都使多重通話可以沿同一電線傳送。最新式的系統把通話轉換成數字信號，然后再用二進制數列編碼。于是各個通話可以沿著線路以特定的次序“同時”行進，直到它們被譯碼而到達各自的目的地。
　　打電話時，電話系統選擇最佳通話途徑，并發出一連串指令，以接通線路。整個過程只需幾分之一秒。通話線路最好是直接通向對方的——從節省距離和時間的觀點看來。這是人們所期望的。但是如果直接線路正在為別的通話服務，新的通話就必須沿其他線路中最好的一條進行。這就需要用到我們數學中的線性規劃的知識了。我們把電話線路問題當作一個有幾百萬個面的復雜幾何立體形來看。每個頂點代表一個可能的解。問題是要找出最優解，而不必計算每一個解。1947年，數學家喬治·B.丹齊克研究出了求解復雜線性規劃問題的單純形法。單純形法實質上是沿著那立體的棱進行，依次檢查每一隅角，并總是向著最優解前進。當可能解的數目不超過20000的時候，這方法能有效地求得解答。1984年，數學家納倫德拉·卡馬卡發現一種方法。它使求解很麻煩的線性規劃問題例如長距離電話最優通話線路問題所需的時間大為縮短。卡馬卡算法采取了一條通過那立體內部的捷徑。在選擇了一個任意內點之后，這算法使整個結構變形，以把問題改造得使所選擇的點正好在那立體的中心。下一步是朝著最優解的方向找到一個新的點，再將結構變形，又使新點位于中心。必須進行變形，否則那些看來能給出最優改進的方向都是虛假的。這些重復的變換以射影幾何的概念為基礎，很快使能得到最優解。
　　今天，古老的電話敬語“請報號碼”不僅僅是簡單的拿起電話聽筒打電話的過程，也是使依靠著數學的龐大而復雜的網絡運作起來的一個指令。
　　
　　編輯　李